又一种细菌抗病毒防御机制：mRNA ADP-核糖基转移酶阻断翻译 同归于尽

病毒和细菌虽然结构相对简单，两者之间的攻防策略真是层出不穷，一种新发现的细菌抗病毒防御系统通过化学改变mRNA的新机制来终止感染。

　　

像人类和其他复杂的多细胞生物一样，单细胞细菌也会生病并抵抗病毒感染。细菌病毒是由噬菌体引起的，或者更简单地说，噬菌体是地球上最普遍的生命形式之一。噬菌体和细菌处于一场持续不断的战斗中，病毒试图绕过细菌的防御，而细菌则竞相寻找保护自己的新方法。这些抗噬菌体防御系统被小心地控制和谨慎地管理着——处于休眠状态，但总是准备好攻击。

麻省理工学院生物系实验室最近在《自然》杂志上发表了一项新的开放获取研究，该研究描述了细菌中的抗噬菌体防御系统CmdTAC。CmdTAC通过改变用于产生蛋白质的mRNA的单链遗传密码来防止病毒感染。

这种防御系统是在噬菌体已经霸占宿主细菌设施为己所用的噬菌体感染阶段起作用。命运多舛的细菌激活了一个防御系统，它将停止翻译，阻止新蛋白质的产生，并终止感染——但在这个过程中，它自己也完蛋了。负责改变mRNA的酶被称为ADP-核糖基转移酶。研究人员已经报告了数百种这样的酶——尽管已知有少数是针对DNA或RNA的，但绝大多数都是针对蛋白质的。这是这些酶首次被报告在细胞内靶向mRNA。

“当细菌聚在一起时，它们就像一个多细胞生物，彼此之间没有联系。一个细胞杀死自己来拯救另一个相同的细胞，这是一种进化上有益的策略，”该研究的合著者、博士后Christopher Vassallo说。“你可以说这就像自我牺牲：一个细胞死亡是为了保护其他细胞。”

扩大对抗噬菌体防御的认识

只有在过去的十年左右，研究人员才开始认识到抗噬菌体防御系统的多样性和复杂性的广度。例如，CRISPR基因编辑技术，一种从医学到农业的广泛应用的技术，源于对细菌CRISPR- cas9抗噬菌体防御系统的研究。

CmdTAC是广泛的抗噬菌体防御机制的一个子集，称为毒素-抗毒素系统。TA系统就是：一种能够杀死或改变细胞进程的毒素，这种毒素被相关的抗毒素所惰性化。如果毒素本身表达，它会杀死或抑制细胞的生长；如果毒素和抗毒素一起表达，毒素就会被中和。近年来，许多TA系统已被证明具有抗噬菌体防御作用。

要了解病毒防御系统，需要回答两个一般性问题：细菌如何检测感染，它们如何作出反应？

检测感染

CmdTAC是一个含有一个额外元素的TA系统，这三种成分通常存在于一个稳定的复合物中：毒性CmdT、抗毒素CmdA和称为伴侣的额外成分CmdC。如果噬菌体的保护性衣壳蛋白存在，CmdC会与CmdT和CmdA分离，并与噬菌体衣壳蛋白相互作用。因此，在本文概述的模型中，伴侣蛋白CmdC是系统的传感器，通过感知病毒衣壳蛋白来检测感染。结构蛋白，如保护噬菌体基因组的衣壳，是一个常见的触发因素，因为它们数量丰富，对噬菌体至关重要。新合成的衣壳蛋白触发伴侣CmdC与CmdTAC复合物的解离，导致中和性抗毒素CmdA的不稳定和降解，随后释放CmdT ADP-核糖基转移酶。

毒性释放

研究人员在计算工具的指导下，知道CmdT可能是一种ADP核糖基转移酶，因为它与其他此类酶相似。顾名思义，这种酶将ADP核糖转移到它的目标上。值得注意的是，CmdT不靶向其他ADP-核糖基转移酶的已知靶标——蛋白质、DNA或结构化RNA，相反，CmdT修饰单链RNA内GA二核苷酸中腺嘌呤的N6位置，导致mRNA翻译被阻止并抑制病毒复制。

这项工作揭示了一种新的抗病毒防御机制和一种以前未知但广泛分布的靶向mRNA的ADP核糖基转移酶。CmdC的解偶联使中和性抗毒素CmdA被降解，从而释放出毒素CmdT，发挥其致死性作用——这种ADP核糖基转移酶通过特异性修饰mRNA来阻断噬菌体翻译和成熟病毒粒子的产生，在细菌抗噬菌体防御中起作用。RNA的ADP-核糖基化可能是整个生物学中先天免疫的一个常见的、以前未被认识到的方面。

除了细菌

更广泛地说，探索抗噬菌体防御与了解细菌如何功能和进化的总体目标是一致的，但这些结果可能具有比细菌更广泛的意义。 Vassallo说：“这不仅是一种新型的细菌免疫系统，而且所涉及的酶做了一些以前从未见过的事情：mRNA的ADP核糖修饰。”

资深作者Michael Laub， Salvador E. Luria教授和Howard Hughes医学研究所研究员说，ADP-核糖基转移酶在真核生物中有同源物，包括人类细胞。它们还没有得到很好的研究，但已知它们在对病毒感染的反应中被上调。“生物体保护自己免受病毒感染的机制多种多样，而且很酷。”“细菌的自我防御方式和人类的自我防御方式之间可能存在一些共性，这是一种诱人的可能性。”